測試系統的不二之選：系統源測量單元

1. 基于NI SourceAdapt技術(shù)的NI系統源測量單元

源測量單元(SMU)是一種精密的儀器，可同時(shí)對同一通道的電流和電壓進(jìn)行同步源測量。 該功能使得SMU成為從精準直流電源到分析分立元件或集成電路等半導體組件的特性等各種應用的理想之選。

某些SMU針對特定的應用或者需求作了優(yōu)化，例如泄露測試、大功率IV掃描、為具有快速瞬態(tài)響應的移動(dòng)設備供電。 這些儀器完美地提供了某一特定的功能，但是您可能需要多個(gè)這樣的SMU來(lái)完全分析需要各種不同激勵或功能的設備的特性。 或者，您也可以選擇系統SMU，它將高功率、高精度、高速源測量功能集成到單個(gè)儀器上， 使您能夠執行各種不同的功能以及通過(guò)同一針腳進(jìn)行各種不同的設備測試。 這不僅簡(jiǎn)化了連接，而且減少了使用儀器的種類(lèi)和數量，降低了測試系統的占地空間和總體成本。

NI SMU將傳統的臺式SMU的高功率和精確度以及NI技術(shù)集于一身，具有更快速、更靈活、更小巧的特性。 這種結合使得這些儀器不僅能夠實(shí)現傳統SMU之外的功能，而且變成一款多功能的儀器，可用作為：

• 精密電源
• 快速瞬變電源
• 電壓表、電流表或歐姆表
• 隔離高壓/電流數字化儀
• 高電壓/電流序列發(fā)生器
• 脈沖發(fā)生器
• 可編程負載

將這些功能集成到單個(gè)儀器使得成為測試各種不同設備的理想之選，這些設備可能包含以下需求：

• 高功率輸入輸出，同時(shí)具有高速采樣功能，例如電源管理集成電路(PMIC)
• 高速瞬態(tài)響應，例如射頻電源放大器
• 精準測量及大功率脈沖掃頻，例如功率晶體管和高亮度LED
• 通過(guò)同一引腳進(jìn)行精準IV和低頻電容測量，例如微型機電系統設備(MEM)

基于NI SMU的模塊化特性和緊湊的尺寸，您可以將幾個(gè)SMU集成到混合信號自動(dòng)化測試應用中，或者借助單個(gè)4U PXI機箱中的17個(gè)SMU通道來(lái)搭建高密度半導體測試系統。

2. NI系統SMU的技術(shù)細節

NI系統SMU所具有的寬功率范圍、高測量精度可以滿(mǎn)足大部分直流測試需求。 此外，NI SMU擴展了傳統SMU的功能，實(shí)現了快速采樣、快速更新以及基于NI技術(shù)的SMU響應自定義化。 這使得SMU能夠用于各種不同的應用，而此前則需要連接各種外部?jì)x器，如示波器、函數發(fā)生器或高度專(zhuān)業(yè)化的電源。

規格

特性

更寬范圍的脈沖

NI SMU可以產(chǎn)生高至500 W的脈沖，這使您可以快速測試大功率設備的IV特性而無(wú)需串聯(lián)多個(gè)源測量單元。 在更寬的脈沖范圍下進(jìn)行測試不僅可以使SMU在其常規的IV范圍之外運行，而且可以最小化待測設備(DUT)的散熱量，減少對熱管理設備的需求。

SourceAdapt技術(shù)

NI SMU采用了新一代SourceAdapt技術(shù)，使您可以自定義SMU的控制循環(huán)，從而實(shí)現對任意給定負載的最優(yōu)響應——即使是高電容或者電感負載。 消除過(guò)壓不僅保護了待測設備，而且也消除了振蕩引發(fā)的系統穩定性問(wèn)題。 此外，上升和下降時(shí)間的最小化也可幫助您最大程度縮短測試時(shí)間。

這個(gè)功能對高電容負載特別重要，因為它可以避免損壞待測設備或者儀器。 傳統的SMU使用固定的模擬控制循環(huán)，通過(guò)從“常態(tài)”跳轉到“高電容”模式來(lái)防止源測量單元陷入不穩定狀態(tài)。 但是，在高電容模式運行時(shí)，SMU的上升時(shí)間被極大地限制了，而且電容負載通常被限制在50 uF。 由于SourceAdapt技術(shù)可讓您直接訪(fǎng)問(wèn)SMU的數字控制循環(huán)，您可以?xún)?yōu)化任意負載的源測量單元響應，即使是針對2,500 uF的電容器，如下圖所示。

如上圖所示，SMU為一個(gè)電容2,500 uF和電阻2Ω的待測設備提供了源電壓。 電壓上升到3.3 V且電流達到極值10 A后大約停留了1 ms。如果不采用SourceAdapt技術(shù)，在這種無(wú)功負載狀態(tài)下，傳統的SMU可能會(huì )變得不穩定，并且有可能會(huì )損壞待測設備或儀器。

3. 應用示例——DC-DC轉換器測試

測試PMIC，如下圖所示的德州儀器公司的降壓轉換器，需要配置兩個(gè)SMU。 第一個(gè)SMU為待測設備提供了特定電壓的輸入電源。第二個(gè)SMU通過(guò)增量掃描電流充當負載。

通過(guò)測量DUT輸入輸出端的電壓電流，就可以計算出DC－DC轉換器的功率效率，如下圖所示。 NI PXIe-4139提供了寬IV范圍和硬件定時(shí)的序列引擎，使其成為從低功率到高功率快速掃描的理想選擇。

此外，NI PXIe-4139的快速采樣率使您可以捕獲線(xiàn)路和負載的瞬態(tài)變化，而使用傳統儀器則需要連接一個(gè)外部示波器。 這一瞬態(tài)行為對于分析DC分量以及傳統SMU無(wú)法測量的參數的特性至關(guān)重要。

4. 應用示例——LED特性分析

上圖所示的LED來(lái)自于CREE公司，具有一個(gè)典型的37 V正向電壓，最高電流達2.5 A。即使這些數值超過(guò)了NI PXIe-4139的20 W直流上限，您仍然可以通過(guò)擴展的脈沖范圍來(lái)分析該設備的特性。 脈沖使您不僅只需使用一個(gè)SMU就可分析LED的特性，還可最小化通過(guò)測試設備消散的熱量，避免需要創(chuàng )建自定義散熱器。

上圖通過(guò)使用一組50 us脈沖并使電流逐漸增大到最大值來(lái)顯示大功率LED的IV特性。 使用50 us的窄脈沖寬度不僅可以最小化LED的自熱影響，而且還可以減少總體測試時(shí)間。 如果沒(méi)有NI SourceAdapt技術(shù)，精準地創(chuàng )建窄脈沖是不可能的，該技術(shù)優(yōu)化了SMU對特定待測設備的響應，并可提供最快的上升時(shí)間，且無(wú)過(guò)壓或振蕩現象。

5. SMU助力您的下一個(gè)測試系統

NI系統SMU在體積小巧的PXI組成結構中提供高達500 W的脈沖電源，同時(shí)也提供了高達100 fA的電流敏感度。 這些儀器不僅提供了卓越的直流性能，而且也通過(guò)增加內置數字化儀和可自定義的SMU響應克服了傳統儀器的種種局限性。 此外，NI系統SMU還提供了前所未有的通道密度，將多達17個(gè)系統SMU通道封裝在一個(gè)19英寸4U的機架空間中。 功率、精度、速度和高通道密度的結合造就了NI系統SMU，您下一個(gè)測試系統不可或缺的選擇！